CN104716857A - 城轨车辆辅助系统、均流控制方法及城轨车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城轨车辆辅助系统、均流控制方法及城轨车辆，其中城轨车辆辅助系统包括：检测设备和并联的至少两个辅助逆变器，各所述辅助逆变器与交流母线连接；所述检测设备设置在所述交流母线上，用于检测所述交流母线的电信号；各所述辅助逆变器还与所述检测设备连接，用于根据所述电信号调节自身的输出信号并与所述电信号保持一致。本发明提供的城轨车辆辅助系统、均流控制方法及城轨车辆能够解决现有的辅助系统稳定性和可靠性较差的问题，提高了城轨车辆辅助系统的稳定性和可靠性。

Description

城轨车辆辅助系统、均流控制方法及城轨车辆

技术领域

本发明涉及电气技术，尤其涉及一种城轨车辆辅助系统、均流控制方法及城轨车辆。

背景技术

随着城镇化的高速发展，城市规模的不断扩大，城区的交通压力逐渐增大，城轨车辆以其运量大、速度快以及节能环保等优点，逐渐成为城市内部的主要公共交通工具。城轨车辆的运行系统主要包括牵引系统和辅助系统，其中，牵引系统为城轨车辆提供牵引动力，辅助系统用于为城轨车辆中的辅助设备供电，例如空调、照明、插座以及通风机等设备，另外辅助系统还为城轨车辆的控制设备供电，因此，辅助系统的稳定性对于城轨车辆的运行系统而言非常重要。辅助逆变器作为辅助系统的重要部件，通常包括开关器件和控制单元，控制单元用于发出脉冲信号控制开关器件的通断频率，以调节辅助逆变器的输出信号并提供给交流母线，为连接在交流母线上的辅助设备供电。

为了提高辅助系统的输出功率，现有的辅助系统采用至少两个辅助逆变器并联，各辅助逆变器中的控制单元通过控制器局域网络（ControllerArea Network，简称CAN）总线连接，相互传送辅助逆变器的输出电流信号。一个辅助逆变器根据另一个辅助逆变器的输出电流来调整自身的输出电流，以使各辅助逆变器的输出电流保持一致，实现均流。采用辅助逆变器并联的方式还能够提高城轨车辆辅助系统的冗余度和可靠性。

但由于CAN总线通信的速度较慢，且容易出现数据丢包的现象，各辅助逆变器之间的通信不及时，会导致电流控制的相对滞后，不能实现均流，甚至会出现某个辅助逆变器的电流过大，触发过流保护，使得辅助系统的稳定性和可靠性较差，影响了城轨车辆的正常运行。

发明内容

本发明提供一种城轨车辆辅助系统、均流控制方法及城轨车辆，用于解决现有的辅助系统稳定性和可靠性较差的问题，以提高城轨车辆辅助系统的稳定性和可靠性。

本发明实施例提供一种城轨车辆辅助系统，包括：检测设备和并联的至少两个辅助逆变器，各所述辅助逆变器与交流母线连接；

所述检测设备设置在所述交流母线上，用于检测所述交流母线的电信号；

各所述辅助逆变器还与所述检测设备连接，用于根据所述电信号调节自身的输出信号并与所述电信号保持一致。

如上所述的城轨车辆辅助系统，还包括并网控制电路；

所述并网控制电路设置在各所述辅助逆变器和所述交流母线之间，用于当各所述辅助逆变器的输出信号与所述电信号一致时，将所述辅助逆变器的输出端连接至所述交流母线。

如上所述的城轨车辆辅助系统，所述检测设备包括电压传感器和/或电流传感器；

所述电压传感器的检测头并接在所述交流母线上，所述电压传感器的输出端与所述辅助逆变器中的控制单元连接；和/或，

所述电流传感器的检测头串接在所述交流母线上，所述电流传感器的输出端与所述控制单元连接。

如上所述的城轨车辆辅助系统，所述并网控制电路包括：接触器；

所述接触器的线圈与所述控制单元连接，所述接触器的三对常开触点的一端与所述辅助逆变器的输出端连接，另一端与所述交流母线连接。

如上所述的城轨车辆辅助系统，还包括：限流电抗器；

所述限流电抗器串接在每个所述辅助逆变器的输出端。

本发明另一实施例还提供一种城轨车辆辅助系统的均流控制方法，包括：

获取交流母线的电信号，所述交流母线与第一辅助逆变器连接；

根据所述电信号调节与所述第一辅助逆变器并联的至少一个第二辅助逆变器的输出信号，并与所述电信号保持一致。

如上所述的城轨车辆辅助系统的均流控制方法，在所述根据所述电信号调节与所述第一辅助逆变器并联的至少一个第二辅助逆变器的输出信号，并与所述电信号保持一致之后，还包括：

将至少一个所述第二辅助逆变器与所述交流母线连接。

如上所述的城轨车辆辅助系统的均流控制方法，所述根据所述电信号调节与所述第一辅助逆变器并联的至少一个第二辅助逆变器的输出信号，包括：

根据所述电信号进行功率计算，得到所述交流母线的有功功率和无功功率；

对所述有功功率和无功功率进行下垂控制，得到调节参考电压；

根据所述参考电压输出脉冲信号，以调节所述第二辅助逆变器的输出信号。

本发明又一实施例提供一种城轨车辆，包括如上所述的城轨车辆辅助系统。

本发明实施例提供的城轨车辆辅助系统、均流控制方法及城轨车辆，通过设置至少两个辅助逆变器并联，并与交流母线连接，通过检测交流母线的电信号调整辅助逆变器的输出信号并与交流母线的电信号保持一致，解决了现有技术中并联的辅助逆变器之间通过CAN总线进行数据通信所造成的稳定性和可靠性较差的问题，且当某个辅助逆变器发生故障时，其它的辅助逆变器可以迅速进行调节，以确保交流母线上的功率保持稳定，提高了城轨车辆辅助系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的城轨车辆辅助系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的城轨车辆辅助系统中一个辅助逆变器的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的城轨车辆辅助系统的均流控制方法的流程图；

图4为本发明实施例二提供的城轨车辆辅助系统的均流控制方法中调节辅助逆变器输出信号方法的流程图。

具体实施方式

实施例一

图1为本发明实施例一提供的城轨车辆辅助系统的结构示意图。本实施例是针对现有技术中城轨车辆辅助系统的稳定性和可靠性较差的问题，提出了一种新的辅助系统，该辅助系统能够应用于城轨车辆上，本领域技术人员也可以将本实施例的技术方案应用在其它需要对并联的逆变器进行均流控制的领域中。

如图1所示，本实施例提供的城轨车辆辅助系统可以包括：检测设备1和并联的至少两个辅助逆变器，各辅助逆变器与交流母线连接。检测设备1设置在交流母线上，用于检测交流母线的电信号。各辅助逆变器还与检测设备1连接，用于根据电信号调节自身的输出信号并与电信号保持一致。

各辅助逆变器用于将直流信号转换为三相交流信号，提供给交流母线，城轨车辆中的辅助设备从交流母线上取电。在交流母线上设置有检测设备1，用于检测交流母线的电信号，检测设备1具体可以包括电压传感器和/或电流传感器。其中，若采用电压传感器，则电压传感器的检测头并接在交流母线上，可以并接在三相交流电的任意两相之间，用于检测交流母线的相电压，电压传感器的输出端与辅助逆变器中的控制单元连接，将检测到的相电压发送给控制单元。若采用电流传感器，则电流传感器的检测头串接在交流母线上，具体可串接在任意一相上，用于检测交流母线的线电流，电流传感器的输出端与控制单元连接，将检测到的线电流发送给控制单元。检测设备1与各辅助逆变器连接，向各辅助逆变器提供交流母线的电信号，其中，检测设备1可以设置为一个，即一个检测设备1与各辅助逆变器连接，或者一种优选的实现方式是：将检测设备1设置为多个，一个检测设备1与一个辅助逆变器连接。本实施例采用上述优选的实现方式，一个检测设备1与一个辅助逆变器连接，使得各辅助逆变器之间除了共同连接至交流母线之外，没有任何的电信号连接，避免产生干扰信号或环流现象。

各辅助逆变器中的控制单元可以根据交流母线的电信号调整自身的输出信号，以与交流母线的电信号保持一致。具体可对电信号进行功率计算，得到交流母线的有功功率和无功功率，然后对有功功率和无功功率进行下垂控制，得到调节参考电压，再根据参考电压输出脉冲信号，以调节自身的输出信号。其中，功率计算、下垂控制以及输出脉冲信号的具体实现方式可采用现有技术中常用的方式来实现，能实现根据交流母线的电压和/或电流来调整控制单元输出脉冲信号的占空比的结果的任何实现方式均可，本实施例对此不作限定。

辅助系统中，并联的辅助逆变器的数量可以为至少两个，本实施例仅以辅助逆变器的数量为两个来做详细的说明，本领域技术人员可根据本实施例的技术方案得到其它数量的技术方案。

图2为本发明实施例一提供的城轨车辆辅助系统中一个辅助逆变器的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的技术方案中，第一辅助逆变器21和第二辅助逆变器22并联，且都与交流母线连接，具体为各辅助逆变器的输出端与交流母线连接，以将输出的三相交流电提供给交流母线。在交流母线上的任意两相间并接有电压传感器，在每一相上串接有电流传感器。

第二辅助逆变器22中的控制单元的输入端分别与各电压传感器和电流传感器连接，接收检测到的电压和电流信号。第二辅助逆变器22中的控制单元根据接收到的电压和电流信号进行功率计算，得到有功功率和无功功率，然后对有功功率和无功功率进行下垂控制，实现均流控制，也即将交流母线上的功率平均分配在第一辅助逆变器21和第二辅助逆变器22上。第二辅助逆变器22中的控制单元可对下垂控制得到的参数生成脉冲信号输出，该脉冲信号的占空比则可以控制第二辅助逆变器22中开关器件的通断频率，进而调节第二辅助逆变器22输出电压的幅值、频率和相位，并与交流母线电压的幅值、频率和相位保持一致。

另外，在上述技术方案的基础上，辅助系统还可以包括并网控制电路，该并网控制电路设置在各辅助逆变器和交流母线之间，用于当各辅助逆变器的输出信号与交流母线的电信号一致时，将辅助逆变器的输出端连接至交流母线。

并网控制电路具体可包括接触器，该接触器具备线圈和至少三对常开触点，其中，接触器的线圈与控制单元连接，接触器的三对常开触点的一端与辅助逆变器的输出端连接，另一端与交流母线连接。当控制单元发出控制信号给线圈时，接触器闭合，即三对常开触点闭合，使得辅助逆变器的输出端连接至交流母线。

上述辅助系统的工作过程可以从正常启动和发生故障两种情况来说明：

在辅助系统的正常启动过程中，第一辅助逆变器21先以变压恒频启动，正常运行后，第一辅助逆变器21中的控制单元控制连接在第一辅助逆变器21输出端的接触器闭合，使得第一辅助逆变器21与交流母线连接，为交流母线供电。第二辅助逆变器22中的控制单元通过设置在交流母线上的检测设备1获取交流母线的电信号，并通过计算得到占空比的调节量，然后发出脉冲信号控制第二辅助逆变器22输出三相交流电，并监测是否与交流母线的电信号一致，若一致，则控制连接在第二辅助逆变器22输出端的接触器闭合，使得第二辅助逆变器22与交流母线连接，为交流母线供电，实现第一辅助逆变器21和第二辅助逆变器22并联运行。当第二辅助逆变器22与交流母线连接，为交流母线供电之后，可以不再通过检测设备1对交流母线的电信号进行采集。

在两个辅助逆变器的运行过程中，若其中一个辅助逆变器发生故障，则另一个辅助逆变器的负载相当于发生突变。假设第一辅助逆变器21发生故障，则第二辅助逆变器22通过检测交流母线的电信号，快速调节自身的输出信号，以保持交流母线的电压和电流保持不变。当第一辅助逆变器21恢复正常后，第一辅助逆变器21再通过检测交流母线的电信号，调节自身的输出信号，当与交流母线的电信号一致时，控制第一辅助逆变器21输出端的接触器闭合，使得第一辅助逆变器接入交流母线，实现第一辅助逆变器21和第二辅助逆变器22重新并联运行。

本实施例提供的技术方案通过设置至少两个辅助逆变器并联，并与交流母线连接，通过检测交流母线的电信号调整辅助逆变器的输出信号并与交流母线的电信号保持一致，解决了现有技术中并联的辅助逆变器之间通过CAN总线进行数据通信所造成的稳定性和可靠性较差的问题，且当某个辅助逆变器发生故障时，其它的辅助逆变器可以迅速进行调节，以确保交流母线上的功率保持稳定，提高了城轨车辆辅助系统的稳定性和可靠性。

在上述技术方案的基础上，城轨车辆辅助系统还可以包括限流电抗器3，限流电抗器3串接在每个辅助逆变器的输出端.具体可在辅助逆变器的三相输出端的每一相都串接一个限流电抗器3，设置限流电抗器3的作用是降低辅助逆变器在接入交流母线时对交流母线产生的电流冲击，还能够削弱共同接入交流母线的各辅助逆变器由于输出电压幅值不同而导致的环流现象。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的城轨车辆辅助系统的均流控制方法的流程图。该方法可由城轨车辆辅助系统的辅助逆变器中的控制单元来执行，本实施例以第二辅助逆变器中的控制单元执行为例，可以通过硬件和/或软件的形式实现。如图3所示，城轨车辆辅助系统的均流控制方法可以包括：

步骤10、获取交流母线的电信号，该交流母线与第一辅助逆变器连接；

第一辅助逆变器与交流母线连接，将输出的三相交流电提供给交流母线。

获取交流母线的电信号，具体可在交流母线上设置用于检测电信号的检测设备，例如电压传感器和电流传感器，用于检测交流母线的电压和电流。第二辅助逆变器的控制单元与检测设备连接，接收检测到的交流母线的电压和电流。

步骤20、根据交流母线的电信号调节与第一辅助逆变器并联的至少一个第二辅助逆变器的输出信号，并与交流母线的电信号保持一致。

至少一个第二辅助逆变器与第一辅助逆变器并联，各第二辅助逆变器的控制单元都可以与检测设备连接，获取交流母线的电信号，并根据获取到的交流母线的电信号调节自身的输出信号，并与交流母线的电信号保持一致。

上述步骤10和步骤20并不是实时进行的，而是在第二辅助逆变器需要接入交流母线时才执行，当第二辅助逆变器接入交流母线并且稳定运行后，则不需要再执行步骤10或步骤20。

本领域技术人员可采用多种实现方式来根据交流母线的电信号调节辅助逆变器的输出信号，例如可采用如下几个步骤来实现，具体可参照图4，图4为本发明实施例二提供的城轨车辆辅助系统的均流控制方法中调节辅助逆变器输出信号方法的流程图。

步骤201、根据电信号进行功率计算，得到交流母线的有功功率和无功功率。

步骤202、对有功功率和无功功率进行下垂控制，得到调节参考电压。

步骤203、根据参考电压输出脉冲信号，以调节至少一个第二辅助逆变器的输出信号。

上述步骤的实现方法可参照上述实施例，此处不再赘述。

另外，在上述步骤20执行之后，当至少一个第二辅助逆变器输出的电信号与交流母线的电信号一致后，控制将相应的第二辅助逆变器输出端连接至交流母线，具体可采用接触器，接触器的线圈与各第二辅助逆变器中的控制单元连接，接收控制单元发出的控制信号，接触器的触点分别与第二辅助逆变器的输出端和交流母线连接，当接触器的线圈得电，触点闭合，使得各第二辅助逆变器输出端连接至交流母线，为交流母线供电。

本实施例提供的技术方案通过设置至少两个辅助逆变器并联，并与交流母线连接，通过检测交流母线的电信号调整辅助逆变器的输出信号并与交流母线的电信号保持一致，解决了现有技术中并联的辅助逆变器之间通过CAN总线进行数据通信所造成的稳定性和可靠性较差的问题，且当某个辅助逆变器发生故障时，其它的辅助逆变器可以迅速进行调节，以确保交流母线上的功率保持稳定，提高了城轨车辆辅助系统的稳定性和可靠性。

本发明还提供一种城轨车辆的实施方式，可包括实施例一所提供的城轨车辆辅助系统。通过设置至少两个辅助逆变器并联，并与交流母线连接，通过检测交流母线的电信号调整辅助逆变器的输出信号并与交流母线的电信号保持一致，解决了现有技术中并联的辅助逆变器之间通过CAN总线进行数据通信所造成的稳定性和可靠性较差的问题，且当某个辅助逆变器发生故障时，其它的辅助逆变器可以迅速进行调节，以确保交流母线上的功率保持稳定，提高了城轨车辆辅助系统的稳定性和可靠性。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种城轨车辆辅助系统，其特征在于，包括：检测设备和并联的至少两个辅助逆变器，各所述辅助逆变器与交流母线连接；

所述检测设备设置在所述交流母线上，用于检测所述交流母线的电信号；

各所述辅助逆变器还与所述检测设备连接，用于根据所述电信号调节自身的输出信号并与所述电信号保持一致。

2.根据权利要求1所述的城轨车辆辅助系统，其特征在于，还包括并网控制电路；

所述并网控制电路设置在各所述辅助逆变器和所述交流母线之间，用于当各所述辅助逆变器的输出信号与所述电信号一致时，将所述辅助逆变器的输出端连接至所述交流母线。

3.根据权利要求2所述的城轨车辆辅助系统，其特征在于，所述检测设备包括电压传感器和/或电流传感器；

所述电压传感器的检测头并接在所述交流母线上，所述电压传感器的输出端与所述辅助逆变器中的控制单元连接；和/或，

所述电流传感器的检测头串接在所述交流母线上，所述电流传感器的输出端与所述控制单元连接。

4.根据权利要求3所述的城轨车辆辅助系统，其特征在于，所述并网控制电路包括：接触器；

所述接触器的线圈与所述控制单元连接，所述接触器的三对常开触点的一端与所述辅助逆变器的输出端连接，另一端与所述交流母线连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的城轨车辆辅助系统，其特征在于，还包括：限流电抗器；

所述限流电抗器串接在每个所述辅助逆变器的输出端。

6.一种城轨车辆辅助系统的均流控制方法，其特征在于，包括：

获取交流母线的电信号，所述交流母线与第一辅助逆变器连接；

根据所述电信号调节与所述第一辅助逆变器并联的至少一个第二辅助逆变器的输出信号，并与所述电信号保持一致。

7.根据权利要求6所述的城轨车辆辅助系统的均流控制方法，其特征在于，在所述根据所述电信号调节与所述第一辅助逆变器并联的至少一个第二辅助逆变器的输出信号，并与所述电信号保持一致之后，还包括：

将至少一个所述第二辅助逆变器与所述交流母线连接。

8.根据权利要求7所述的城轨车辆辅助系统的均流控制方法，其特征在于，所述根据所述电信号调节与所述第一辅助逆变器并联的至少一个第二辅助逆变器的输出信号，包括：

根据所述电信号进行功率计算，得到所述交流母线的有功功率和无功功率；

对所述有功功率和无功功率进行下垂控制，得到调节参考电压；

根据所述参考电压输出脉冲信号，以调节所述第二辅助逆变器的输出信号。

9.一种城轨车辆，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的城轨车辆辅助系统。